DE4328789C2

DE4328789C2 - Brenner eines Fahrzeugheizgeräts

Info

Publication number: DE4328789C2
Application number: DE4328789A
Authority: DE
Inventors: Herbert Langen; Fritz Mohring; Stefan Ottenbacher; Wolfgang Schaffert
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1993-08-26
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 2001-03-29
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: EP0714493A1; DE4328789A1; CZ285670B6; CZ319595A3; WO1995006223A1; US5707227A; CN1125477A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner eines Fahrzeugheizgeräts, der aufweist:

a) ein Gebläse (8) zur Lieferung von Verbrennungsluft;
b) eine Brennkammer (2), bei welcher der dem Heißgasaustritt entgegengesetzte Endbereich (14) der Brennkammer (2) mit einer im wesentlichen zylindrischen Wand (20) und einem Brennkammerboden (22) ausgebildet ist;
c) wobei die Brennkammer (2) an einem Teil ihrer Innenoberfläche eine mindestens bereichsweise poröse Auskleidung (36, 38) mit einem durch Materialweglassung der Auskleidung (36, 38) gebildeten Aussparungsraum (50) aufweist, der über einen offenen Übergang (52) mit dem Inneren der Brennkammer (2) in Verbindung steht;
d) eine Einrichtung (6, 54) zum Zuführen von Brennstoff zu dem porösen Bereich der Auskleidung (36, 38);
e) und eine elektrische Glühkerze (4) zum Entzünden des von der Auskleidung verdampften Brennstoffs, wobei die Längsachse der Glühkerze (4), wenn die Glühkerze (4) in einer Radialebene der Brennkammer (2) angeordnet ist, nicht die Längsmittelachse der Brennkammer (2) schneidet.

Ein Brenner dieser Art ist aus der DE 37 13 460 C2 bekannt. Bei dem bekannten Brenner ist die Glühkerze in einer Kammer angeordnet, die außen-rückseitig an den Brennkammerboden anschließt. Diese Kammer besitzt keine poröse Auskleidung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner zu schaffen, bei dem die Glühkerze nach wie vor gegen Beeinträchtigung durch die in der Brennkammer herrschenden Bedingungen, insbesondere hinsichtlich Flammbeaufschlagung und Verschmutzung, geschützt ist, aber günstigere Zündbedingungen herrschen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Brenner erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Auskleidung (38) für den Brennkammerboden (22) und mindestens einen daran anschließenden Teil der Länge der Brennkammerwand (20) vorgesehen ist;
b) und daß der Glühbereich (44) der Glühkerze (4) in dem Aussparungsraum (50) der Auskleidung (36, 38) angeordnet ist.

Bei dem Brenner eines Fahrzeugheizgeräts sowohl innen an dem Brennkammerboden als auch an einem anschließenden Teil der Länge der zylindrischen Brennkammerwand eine poröse Auskleidung vorzusehen, ist aus der DE 34 23 940 A1 bekannt. Bei diesem Brenner durchdringt die Glühkerze eine Öffnung in der Auskleidung des Brennkammerbodens und ragt mit einem erheblichen Teil ihrer Länge in die Brennkammer. Deshalb kann man nicht von einem Aussparungsraum in der Auskleidung, der über einen offenen Übergang mit dem Inneren der Brennkammer in Verbindung steht, sprechen.

Die ältere deutsche Patentanmeldung P 42 43 712.1, die aber nicht vor dem Anmeldetag des vorliegenden Patents veröffentlicht ist, offenbart beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 einen Brenner eines Fahrzeugheizgeräts, der mit Ausnahme eines Teils des Merkmals (e) sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Bei diesem Brenner ist die Glühkerze jedoch gemäß einer Radiallinie ausgerichtet, die die Längsachse der Brennkammer rechtwinklig schneidet.

Bei Brennern der erfindungsgemäßen Art ist die Position der Glühkerze für die Zündung von sehr erheblicher Bedeutung. Dadurch, daß der Glühbereich der Glühkerze in einem Aussparungsraum der Auskleidung positioniert ist, bildet sich durch Verdampfung von Brennstoff in unmittelbarer Nähe des Glühbereichs ein zündfreudiges Brennstoff-Luft- Gemisch. Da sich der Glühbereich der Glühkerze nicht einfach frei im Inneren der Brennkammer befindet, ist er der unmittelbaren Einwirkung von Beeinträchtigungen der genannten Art aus dem Inneren der Brennkammer entzogen. Außerdem ist der Brenner hinsichtlich des Umfelds der Glühkerze besonders günstig herstellbar.

Der offene Übergang zwischen dem Aussparungsraum und dem Inneren der Brennkammer soll so groß sein, daß die Zündung des Brennstoff- Luft-Gemischs sich gut in das Innere der Brennkammer ausbreiten kann. Andrerseits sollte der Übergang nicht zu groß sein, um in beabsichtigter Weise eine schützende Abschottung des Aussparungsraums zu erreichen. Vorzugsweise hat der offene Übergang eine Querschnittsfläche, die 0,5 bis 10%, vorzugsweise 1 bis 5%, der Fläche des Brennkammerbodens beträgt.

Besonders günstige Bedingungen hinsichtlich Herstellung und hinsichtlich der Position des Glühbereichs der Glühkerze ergeben sich, wenn die Glühkerze im wesentlichen in Tangentialrichtung relativ zu der Brenn kammerwand angeordnet ist. Diese Art der Anordnung ist jedoch ledi glich eine bevorzugte; andere sind möglich, ohne deshalb eine schlech tere Lösung der Aufgabe zu sein.

Vorzugsweise weist die Auskleidung ein Brennkammerboden-Ausklei dungsteil und ein mit einer Stirnfläche daran anschließendes, im wesent lichen zylindrisches Brennkammerwand-Auskleidungsteil auf. Ein beson ders günstiges Material für das Brennkammerboden-Auskleidungsteil ist Metallgespinst oder Metallgewebe; ein besonders günstiges Material für das Brennkammerwand-Auskleidungsteil ist Keramik. Besonders günstig läßt sich der Aussparungsraum dadurch ausbilden, daß man das Brenn kammerboden-Auskleidungsteil nicht vollständig - scheibenförmig macht, sondern im Vergleich hierzu in einem begrenzten Bereich der Scheibe kein Auskleidungsmaterial hat. Diese Materialweglassung geht am besten vom Rand des Brennkammerboden-Auskleidungsteils aus. Es ist aber auch möglich, statt dessen oder zusätzlich Material des Brennkammer wand-Ausgkleidungsteils auszusparen.

Vorzugsweise ist der offene Übergang - in Axialrichtung des Brennkam mer-Endbereichs gesehen - im wesentlichen kreisabschnittförmig. Dies ist den geometrischen Verhältnissen des Brennkammer-Endbereichs besonders gut angepaßt und ermöglicht eine besonders einfache Herstel lung.

Als Glühkerze ist vorzugsweise eine Glühstiftkerze, zuweilen auch Stab kerze genannt, vorgesehen. Glühstiftkerzen besitzen im Unterschied zu den konventionelleren Glühkerzen keine ummantelte Glühwendel. Der im wesentlichen zylindrische, an seinem freien Ende gerundete Glühstift besteht aus keramischem oder metallischem Material. Die Glühstiftkerze erreicht sehr rasch hohe Temperaturen und ist unempfindlicher. Außer dem ist der Stromverbrauch pro Zündvorgang geringer.

Fahrzeugheizgeräte, für die der erfindungsgemäße Brenner bestimmt ist, sind insbesondere zum Einbau in Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Schiffe, Wohnmobile, Wohnwagenanhänger, Bulldozer und dergleichen vorgesehen. Beim Einbau der Fahrzeugheizgeräte in verbrennungsmoto rangetriebe Kraftfahrzeuge kann man das Heizgerät in den Flüssigkeits kreislauf einbinden, der üblicherweise für die Kühlung des Verbrennungsmotors und die Beheizung des Fahrzeuginnenraums vor gesehen ist. Generell kann das Fahrzeugheizgerät entweder ein sogenann tes Wasserheizgerät, welches die erzeugte Wärme an einen Flüssigkeits kreislauf abgibt, oder ein sogenanntes Luftheizgerät sein, welches die erzeugte Wärme unmittelbar als Warmluftstrom abgibt. Als Brennstoff kommt in erster Linie Benzin oder Diesel in Betracht.

Die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in einem vertikalen Längsschnitt längs I-I in Fig. 2 den Bren nerbereich eines Fahrzeugheizgeräts;

Fig. 2 im Querschnitt längs II-II in Fig. 1 denjenigen Bereich des Brenners, wo die Glühkerze positioniert ist.

In Fig. 1 ist der Brennerbereich eines Fahrzeugheizgeräts dargestellt, der als die wesentlichsten Bestandteile eine Brennkammer 2 mit einer Glüh kerze 4 und mit einer später zu beschreibenden Brennstoffzuführeinrich tung 6, sowie ein Verbrennungsluftgebläse 8 aufweist. Das Gehäuse des Heizgeräts ist aus Übersichtsgründen nicht eingezeichnet. Außerdem enthält das Heizgerät in Fig. 1 rechts an die Brennkammer 2 anschließend einen Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme von den heißen Ver brennungsgasen auf eine Flüssigkeit oder Luft.

Das Verbrennungsluftgebläse besteht aus einem Elektromotor 10 und einem Gebläserad 12, das in Fig. 1 schematisiert eingezeichnet ist. In der Praxis verwendet man häufig Seitenkanalgebläse, die einen festste henden Kanal und ein mit geringem Abstand zu diesem rotierendes Ge bläserad besitzen.

Die Brennkammer besteht im wesentlichen aus einem in Fig. 1 linken Endbereich 14 und einem in Fig. 1 nach rechts anschließenden Haupt brennbereich 16. An diesen schließt sich nach rechts in Fig. 1 ein Flammrohr 18 an, in dem die Verbrennung des Brennstoffs zu Ende abläuft. Der Endbereich 14 der Brennkammer 2 weist eine zylindrische Brennkammerwand 20 und links in Fig. 1 einen abschließenden Brenn kammerboden 22 auf, der bis auf eine später zu beschreibende Ausbau chung im wesentlichen kreisscheibenförmig ist. Am Übergang von der Brennkammerwand 20 zu dem Brennkammerboden 22 ist an einer Stelle ein Stutzen 24 mit einem Innengewinde vorgesehen.

Der Hauptbrennbereich 16 der Brennkammer 2 ist zylindrisch und koa xial zu dem beschriebenen Endbereich 14. Der Hauptbrennbereich 16 hat einen größeren Durchmesser als der Endbereich 14. Die Wandung des Hauptbrennbereichs 16 weist axial hintereinander mehrere Umfangsrei hen von Öffnungen 26 auf, durch die Verbrennungsluft von außen her in den Hauptbrennbereich 16 einströmt. Rechts in Fig. 1 ist der Hauptbrennbereich 16 durch eine quer verlaufende Flammenblende 28 abgeschlossen, die zentral eine große Durchtrittsöffnung 30 für das aus strömende Heißgas hat. Die Brennkammeranordnung ist mittels eines trichterförmigen oder eines zylindrischen Bauteils 32 an einer Querwand 34 des Heizgeräts befestigt.

An der Innenseite der zylindrischen Brennkammerwand 20 des Endbe reichs 14 der Brennkammer 2 ist ein zylindrisches Brennkammerwand- Auskleidungsteil 36 aus Keramikmaterial angebracht. Innenseitig ist auf dem Brennkammerboden 22 ein Brennkammerboden-Auskleidungsteil 38 vorgesehen, welches bis auf eine weiter unten zu beschreibende Material weglassung kreisscheibenförmig ist. Die in Fig. 1 linke Stirnseite des Brennkammerwand-Auskleidungsteils 36 liegt gegen das Brennkammer boden-Auskleidungsteil 38 an. Mehrere radiale Öffnungen 40 sind in der Brennkammerwand 20 und dem Brennkammerwand-Auskleidungsteil 36 vorgesehen, damit Verbrennungsluft einströmen kann. Das Brennkam merboden-Auskleidungsteil 38 besteht beim beschriebenen Ausführungs beispiel aus Metallgespinst.

In Fig. 2 erkennt man, daß die Glühkerze 4 mit ihrer Längsachse in Tangentialrichtung relativ zu der Brennkammerwand 20 positioniert ist.

Alternativ könnte die Glühkerze 4 in einem beliebigen Winkel zwischen tangentialer und radialer Anordnung schräggestellt sein. Beim bezeichne ten Ausführungsbeispiel steht die Längsachse der Glühkerze 4 senkrecht. Alternativ könnte die Glühkerze 4 an einer anderen Stelle der Brenn kammerwand 20 tangential verlaufend angeordnet sein, was man sich durch Drehung der Glühkerze 4 um die Längsmittelachse der Brennkam mer 2 veranschaulichen kann.

Hinsichtlich "weiter außen" (also nach links in Fig. 2) und "weiter in nen" (nach rechts in Fig. 2) ist die Glühkerze 4 beim gezeichneten Aus führungsbeispiel so angeordnet, daß sie genau vor der Stirnseite 42 des Brennkammerwand-Auskleidungsteils 36 sitzt. Alternativ könnte die Glühkerze 4 weiter nach rechts in Fig. 2 gerückt sein, so daß ein kleiner Teil ihres Glühbereichs 44 nach innen über den Innenumfang des Brenn kammerwand-Auskleidungsteils 36 vorsteht. Nach einer weiteren Alter native könnte die Glühkerze 4 auch ein Stück weiter als gezeichnet nach links in Fig. 2 verschoben angeordnet sein, sodaß ein gewisser Abstand zwischen dem Innenumfang des Brennkammerwand-Auskleidungsteils 36 und dem Glühbereich 44 der Glühkerze 4 besteht.

Was die in Fig. 1 erkennbare Positionierung der Glühkerze 4 hinsichtlich der Axialrichtung der Brennkammer 2 anlangt, hat der Glühbereich 44 einen kleinen Axialabstand von der Stirnseite 42 des Brennkammerwand- Auskleidungsteils 36 und einen kleinen Abstand von einer Ausbauchung 46 des Brennkammerbodens 22.

Die Glühkerze 4 ist in den Stutzen 24 eingeschraubt. Über zwei nicht eingezeichnete Stromleiter ist die Glühkerze 4 mit einem nicht einge zeichneten Steuergerät verbunden, von wo sie Strom erhält, wenn eine Zündung in dem Heizgerät erforderlich ist.

Die weiter vorn schon angesprochene Ausbauchung 46 des Brennkam merbodens 22 ist so gestaltet, daß die Glühkerze 4 in ihrer vorgesehenen Positionierung hinsichtlich rechts/links in Fig. 2 und hinsichtlich der Axialrichtung der Brennkammer 2 untergebracht werden kann.

Das Brennkammerboden-Auskleidungsteil 38 unterscheidet sich von der vollständigen Kreisscheibenform dadurch, daß das Material links und oben von der in Fig. 2 eingezeichneten Begrenzungslinie 48, die wie die Schenkel eines rechten Winkels verläuft, weggelassen ist. Somit ist ein Aussparungsraum 50 gebildet, der insgesamt - ganz grob gesprochen - vertikalachsig-zylindrisch ist mit einer genügenden Größe zur Aufnahme des Glühbereichs 44 der Glühkerze 4. Der Aussparungsraum 50 ist axial hinten (links in Fig. 1) und außenseitig (links in Fig. 2) durch die Aus bauchung des Brennkammerbodens 2 begrenzt; axial vorn (rechts in Fig. 1) ist der Aussparungsraum 50 durch die Stirnseite 42 des Brennkammer wand-Auskleidungsteils 36 begrenzt; innenseitig (rechts in Fig. 2) und unten ist der Aussparungsraum 50 durch die weiter vorn beschriebene Begrenzungslinie 48 begrenzt.

Da der Vertikalteil der Begrenzungslinie 48 weiter nach innen zur Läng sachse der Brennkammer 2 liegt als der dortige Bereich des Innenum fangs des Brennkammerwand-Auskleidungsteils 36, ist eine in Axialrich tung weisende, im wesentlichen kreisabschnittförmige Übergangsöffnung 52 zwischen dem Aussparungsraum 50 und dem Inneren des Endbereichs 14 der Brennkammer 2 gebildet.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Glühkerze 4 alternativ auch ein Stück weiter nach rechts verschoben in Fig. 1 positioniert sein kann, wobei die Stirnseite 42 des Brennkammerwand-Auskleidungsteils 36 in diesem Bereich etwas zurückgenommen sein müßte. In diesem Fall wäre der Aussparungsraum 50 nicht nur durch Materialweglassung des Brenn kammerboden-Auskleidungsteils 38 sondern zusätzlich auch durch Mate rialweglassung an dem Brennkammerwand-Auskleidungsteil 36 gebildet.

In Fig. 1 erkennt man ferner einen im wesentlichen zylindrischen Auf satz 6 auf der Rückseite des Brennkammerbodens 22. Dieser Aufsatz 6 ist gegenüber der Ausbauchung 46 seitlich versetzt, wie man in Fig. 2 erkennt, wo der Aufsatz 6 eingezeichnet ist, obwohl er vor der Zeich nungsebene liegt. An der Stelle des Aufsatzes 6 besitzt der Brennkam merboden 22 eine zeichnerisch nicht erkennbare Öffnung. Der Aufsatz 6 ist mit Metallgespinst gefüllt, welches an das Metallgespinst des Brenn kammerboden-Auskleidungsteils 38 anschließt. In das Innere des Auf satzes 6 mündet eine Brennstoffleitung 54. Über eine nicht gezeichnete Brennstoffpumpe und die Leitung 54 kann somit dem Metallgespinst des Brennkammerboden-Auskleidungsteils 38 Brennstoff zugeführt werden, von wo der Brennstoff in das Innere des Endbereichs 14 der Brennkam mer 2 hinein, aber auch in den Aussparungsraum 50 hinein, verdampft. Man kann, muß aber nicht, für das Brennkammerwand-Auskleidungsteil 36 ein poröses Material, z. B. poröse Keramik oder Metallgespinst, wäh len. In diesem Fall gelangt Brennstoff durch Kapillarwirkung auch in das Brennkammerwand-Auskleidungsteil 36, von wo aus er nach innen in das Innere des Endbereichs 14 der Brennkammer 2 verdampft.

In der Ausbauchung 46 ist eine in der Regel axial verlaufende Bohrung 56 relativ kleinen Durchmessers vorgesehen, durch die zum Zünden am Glühbereich 44 der Glühkerze 4 benötigte Verbrennungsluft in die Aus sparung 50 strömen kann.

Mit Pfeilen ist in Fig. 1 angedeutet, wie die von dem Gebläse 8 geför derte Verbrennungsluft durch die Öffnungen 40 in den Endbereich 14 und durch die Öffnungen 26 in den Hauptbrennbereich 16 der Brenn kammer strömt und wie eine kleine Menge Verbrennungsluft durch die im letzten Absatz beschriebene Bohrung 56 in den Aussparungsraum 50 strömt.

In Fig. 2 erkennt man, daß die Übergangsöffnung 52 eine Größe hat, die nur einen kleinen Prozentsatz der Fläche des Brennkammerbodens 22 bzw. des Brennkammerboden-Auskleidungsteils 38 ausmacht.

Claims

1. Brenner eines Fahrzeugheizgeräts, der aufweist:

a) ein Gebläse (8) zur Lieferung von Verbrennungsluft;
b) eine Brennkammer (2), bei welcher der dem Heißgasaustritt entgegengesetzte Endbereich (14) der Brennkammer (2) mit einer im wesentlichen zylindrischen Wand (20) und einem Brennkammerboden (22) ausgebildet ist;
c) wobei die Brennkammer (2) an einem Teil ihrer Innenoberfläche eine mindestens bereichsweise poröse Auskleidung (36, 38) mit einem durch Materialweglassung der Auskleidung (36, 38) gebildeten Aussparungsraum (50) aufweist, der über einen offenen Übergang (52) mit dem Inneren der Brennkammer (2) in Verbindung steht;
d) eine Einrichtung (6, 54) zum Zuführen von Brennstoff zu dem porösen Bereich der Auskleidung (36, 38);
e) und eine elektrische Glühkerze (4) zum Entzünden des von der Auskleidung verdampften Brennstoffs, wobei die Längsachse der Glühkerze (4), wenn die Glühkerze (4) in einer Radialebene der Brennkammer (2) angeordnet ist, nicht die Längsmittelachse der Brennkammer (2) schneidet,

dadurch gekennzeichnet,

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkerze (4) im wesentlichen in Tangentialrichtung relativ zu der Brennkammerwand (20) angeordnet ist.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung ein Brennkammerboden-Auskleidungsteil (38) und ein mit einer Stirnfläche daran anschließendes, im wesentlichen zylindrisches Brennkammerwand-Auskleidungsteil (36) aufweist; und daß der Aussparungsraum (50) im wesentlichen durch lokale Materialweglassung am Brennkammerboden-Auskleidungsteil (38) im Vergleich zu einer scheibenförmigen Gestalt gebildet ist.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung ein Brennkammerboden-Auskleidungsteil (38) und ein mit einer Stirnfläche daran anschließendes, im wesentlichen zylindrisches Brennkammerwand-Auskleidungsteil (36) aufweist; und daß der offene Übergang (52) im wesentlichen durch lokale Materialweglassung am Brennkammerboden-Auskleidungsteil (38) im Vergleich zu einer scheibenförmigen Gestalt gebildet ist.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der offene Übergang (52) - in Axialrichtung des Brennkammer- Endbereichs gesehen - im wesentlichen kreisabschnittförmig ist.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkerze (4) eine Glühstiftkerze ist.

7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung ein Brennkammerboden-Auskleidungsteil (38) aus Metallgespinst aufweist.

8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung ein Brennkammerwand-Auskleidungsteil (36) aus Keramik aufweist.